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Schablonensteuerung für Arbeitsmaschinen Die Erfindung betrifft die
Ausbildung der Schablonensteuerung einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Bearbeitungsmaschine,
durch optische Abtastung einer Steuerkurve. Als Beispiel einer solchen Maschine
sei eine Drehbank gewählt, auf der Formstücke gedreht werden sollen. Es ist bekannt,
für solche Zwecke eine- mechanische Fühlersteuerung zu verwenden, bei der ein Taster
längs einer Schablone geführt wird, -und je
nach den Auslenkungen, die er
durch den Druck gegen die Schablone erfährt, Kontakte zur Steuerung, z. B. von Magnetkupplungen,
bewegt. Das Zustandekommen von Steuervorgängen ist also abhängig von dem Weg, den
der Fühler gegenüber der Schablone zurücklegt. Es ist daher erklärlich, daß das
Werkstück nicht genau mit der Steuerkurve übereinstimmen kann, sondern seine Umrißlinie
eine Art Äquidistante darstellt, weil der Fühler zunächst gewisse Wege zurücklegen
muß, bis ein Steuervorgang zustande kommt. Um die Feinfühligkeit der Steuerung zu
erhöhen, ist vorgeschlagen worden, die mechanische Abtastung durch eine optische
Abtastung zu ersetzen, bei welcher die Umrißlinie der Schablone zur Erzeugung wechselnder
Lichteindrücke einer Photozelle dient. Die -hierbei zu lösende Aufgabe geht nun
dahin, sehr kleine Wege an der Schablone in große Stärkeschwankungen des Lichtes
umzusetzen, denn nur wenn dieser Bedingung genügt ist, lassen sich wirksame Steuerströme
mit Hilfe der Photozelle erzeugen.
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Die Verhältnisse seien an Hand der Abb. i erläutert. In dieser bezeichnet
i die Lichtquelle, 2 die Photozelle, 3 die Schablone, die sich in der Ebene
4 bewegen möge. Um die Photozelle 2 von o bis Ioo% auszusteuern, muß die Schablone
3 einen Weg von der Dicke D des Lichtbündels in, der Ebene 4 zurücklegen. Das bedeutet
aber, daß die Schablone 3 bzw. ihre Umrißlinie sehr starke Verschiebungen machen
muß, damit wirksame Lichtänderungen erzeugt werden. Eine solche Anordnung wird also.
eine große Genauigkeit nicht gestatten.
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Es ist deshalb der Vorschlag gemacht worden, die Anordnung entsprechend
der Abb. 2 zu treffen, die sich von der Anordnung nach der Abb. i durch die Einführung
einer Sammellinse 6 mit einem Brennpunkt in der Ebene 5 unterscheidet.
Die Schablone 3 ist in der Nähe der Brennpunktebene 5 angeordnet. Um bei
dieser Anordnung die Zelle 2 von o bis iooo/o auszusteuern, ist j etzt vonder
Schablone 3 ein Weg zurückzulegen, der nur einen
Bruchteil
des Schablonenweges nach Abb. i ausmacht. Man würde also mit dieser Anordnung eine
viel größere Genauigkeit erzielen können als mit der Anordnung nach der Abb. i,
wenn sich nicht eine schwerwiegende Schwierigkeit ergäbe. Diese liegt im folgenden.-
Wenn man eine genügend große Lichtstärke an der Zelle 2 erzeugen will, muß das optische
System eine sehr große Apertur besitzen. Dann rückt es aber sehr nahe an die Schablone
3 heran. Der Abstand liegt in der Größenordnung des Bruchteiles eines Millimeters.
Dieser Abstand muß ganzen Schablone eingehalten werlängs der ganzen Schablone eingehalten
werden, denn sonst treten Steuerunggenauigkeiten auf. Man sieht, daß diese Bedingung
praktisch kaum zu erfüllen ist, denn wenn man eben geschliffene Schablonen verwenden
wollte, so würde der Bearbeitungsvorgang außerordentlich teuer. Außerdem müßte die
Schablone eine scharfe Schneide besitzen, denn auch die endliche Dicke der Schablone
stört den Strahlengang. Die Anordnung nach der Abb. 2 ist also nur unter gewissen
praktisch nicht ganz einfach zu verwirklichenden Voraussetzungen brauchbar.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es nun möglich, die Schablonenabtastung
unter Verwendung einer lichtempfindlichen Zelle in verhältnismäßig einfacher Weise
feinfühlig auszugestalten, und zwar durch die Vereinigung folgender Maßnahmen: i.
Das Licht der Lichtquelle wird durch eine Sammellinse gebündelt; 2. dieser gebündelte
Lichtstrahl wird nicht unmittelbar von der Schablone gesteuert, sondern von einer
durch die Schablone bewegten Blende; .l. die Blende liegt in der Nähe des
Brennpunktes der Sammellinse; -
4. die Blende ist sehr dünn und besteht insbesondere
aus durchscheinendem Werkstoff, der teilweise an der Oberfläche geschwärzt ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich,
wenn die Blende zur Aussteuerung eines rechteckigen Lichtbündels dient.
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Die Abbildungen stellen dar: Abb. i und 2, wie bereits erwähnt wurde,
frühere Vorschläge zur Abtastung von Schablonen mittels Lichtsteuerung.
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Abb. 3 stellt die neue Art der Lichtsteuerung im Grundriß, Abb. 4a
im Aufriß dar. Abb. 4b ist eine Einzelheit.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in der Abb. 3 schaubildlich
dargestellt. Entlang der Schablone 3 gleitet ein Fühler 7, der mit einer Blende
8 verbunden ist. Diese Blende kann z. B. aus einer dünnen Glasplatte bestehen,
die teilweise, z. B. auf photographischem Wege, geschwärzt ist. Diese Schwärzung
ist in der Abb. 3 durch Schraffur angedeutet. Dicht oberhalb dieser Blende wird
:die Optik mit großer Apertur angebracht und dicht unterhalb der Blende die Photozelle.
Die Verhältnisse, die sich hierbei ergeben, seien an Hand der Abb. 4a und 4b erläutert.
Der Schieber 8 stehe in einer bestimmten Stellung. Dann erhält die Photozelle i
eine Lichtmenge entsprechend der Spaltweite a. Das Dunkelfeld ist mit b bezeichnet.
Rückt der Schieber weiter nach links, so kommt zur Fläche a die Fläche
c
hinzu, dann die Fläche d usf. Die ausgesteuerte Lichtfläche ist jetzt ein
Vielfaches der Lichtfläche, die man bei der Anordnung nach der Abb. i aussteuern
kann, so daß schon kleinste Verschiebungen der Schablone sehr große Lichtstärkeänderungen,
also starke Steuerwirkung hervorrufen. Die Ausführung der Schablone selbst ist jetzt
bedeutungslos. Sie kann auf einfachstem Wege hergestellt sein, denn sie hat ja mit
der unmittelbaren Lichtsteuerung nichts zu tun. Die kleine Blende, die jetzt gesteuert
wird, kann mit größter Genauigkeit hergestellt werden, denn sie wird ja für jede
beliebige Schablone verwendet, ist also nur einmal herzustellen, und sie kann jetzt
praktisch ohne Dicke hergestellt werden, da sie ja lediglich durch die Schwärzung,
z. B. einer photographischen Schicht, erzeugt wird. Es ist also möglich, die Optikso
dicht als nur irgendmöglich an die Blende heranzubringen. Durch die Zwischenschaltung
einer gesteuerten Blende zwischen Schablone und Optik wird also nicht nur eine sehr
genau arbeitende Steuerung geschaffen, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit
sehr starker Lichtstärkeänderungen bei kleinsten Steuerwegen erzielt, also die Genauigkeit
der Steuerung wesentlich gesteigert.
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Das Arbeiten mit einem zu einem Rechteck auseinandergezogenen Lichtbündel
dürfte in den weitaus meisten Fällen die einzige Mög-
lichkeit sein, genügend
Lichtmengen auf die lichtelektrische Zelle zur Einwirkung zu bringen, denn es erscheint
so gut wie ausgeschlossen, in einem Lichtbündel mit praktisch punktförmigeni Querschnitt
eine genügende Lichtmenge zu vereinigen. An sich könnte man nun daran denken, das
rechteckige Lichtbündel unmittelbar durch die Schablone zu steuern. Wenn man aber
bedenkt, daß der Winkel zwischen Lichtbündel und Schablone sich mit jeder Stellung
der Schablone verändern kann, daß also In den beiden Grenzfällen das Lichtbündel
einmal die Tangente an die Schablone bildet und das andere Mal senkrecht von ihr
durchschnitten wird, so sieht man, daß es bei unmittelbarer Abtastung einer Schablone
durch ein rechteckiges Lichtbündel
kaum möglich sein wird, eine
hinreichend genaue Steuerung zu schaffen.
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Zum Schluß sei noch kurz der Vorschlag nach Patent 622770 erwähnt,
der eine Einrichtung zum Steuern. der Arbeitsvorgänge bei Werkzeugmaschinen, insbesondere
Schleifmaschinen, betrifft. Dieser Vorschlag geht dahin, daß eine an dem zu bearbeitenden
Werkstück anliegende Tastvorrichtung den Strahlengang einer oder mehrerer lichtelektrischer
Zellen beim Erreichen eines bestimmten Maßes freigibt. Diese nichtvorveröffentlichte
und daher nicht zum Stande der Technik gehörende Einrichtung soll nicht im einzelnen
besprochen werden, es sollen nur einige grundsätzliche Unterschiede hervorgehoben
werden. Während die Schablonensteuerung davon ausgeht, daß eine dem herzustellenden
Werkstück angepaßte Leitlinie oder Leitfläche abgetastet wird und diese Abtastbewegung
zur Steuerung der eigentlichen Arbeitsbewegung ausgenutzt wird, wirkt die Vorrichtung
nach Patent 622 77o erst nach beendetem Arbeitsvorgang, denn mit ihrer Hilfe
wird keine Steuerkurve abgetastet, sondern. das Werkstück selbst, und zwar erst
nach erfolgter Bearbeitung. Infolgedessen gehört diese Vorrichtung einem anderen
technischen Gebiet an als der Gegenstand der Erfindung. Darüber hinaus arbeitet
diese Vorrichtung nicht mit gebündeltem Licht, sondern mit regellos strahlendem.
Licht einer Glühbirne, so daß auch das weitere Merkmal der Erfindung nicht vorhanden
ist, daß die Blende in der Nähe des Brennpunktes der Sammellinse liegt. Schließlich
würde die ältere Vorrichtung auch deshalb. für die Zwecke der Erfindung nicht brauchbar
sein, weil die große Dicke der Blende die optischen Voraussetzungen der Erfindung
nicht erfüllen läßt.